Cosa succede alle molecole d'acqua quando irradiate?
Quando le molecole d'acqua (H₂O) sono esposte a radiazioni ionizzanti (come raggi X, raggi gamma o particelle ad alta energia), possono assorbire l'energia e subire diversi cambiamenti:
1. ionizzazione: Questo è l'evento più significativo. Le radiazioni possono eliminare un elettrone da una molecola d'acqua, lasciandolo caricato positivamente (H₂O⁺). Questo processo crea un radicale libero, una specie altamente reattiva con un elettrone non accoppiato.
2. Eccitazione: Invece di espellere un elettrone, le radiazioni possono energizzare la molecola, spostando i suoi elettroni a livelli di energia più elevati. Questo stato eccitato è temporaneo e la molecola alla fine tornerà allo stato fondamentale, rilasciando energia sotto forma di calore o luce.
3. Radiolisi: L'effetto combinato di ionizzazione e eccitazione porta alla rottura delle molecole d'acqua in varie specie reattive:
* Radicale idrossilico (• OH): Un radicale libero altamente reattivo che può danneggiare il DNA, le proteine e altre importanti molecole biologiche.
* Radicale idrogeno (• H): Un altro radicale libero reattivo che può contribuire al danno biologico.
* Elettrone idratato (E⁻AQ): Un elettrone libero circondato da molecole d'acqua, che possono partecipare a reazioni chimiche.
* Perossido di idrogeno (H₂O₂): Una molecola stabile che può contribuire allo stress e al danno ossidativo.
Perché l'acqua non diventa radioattiva?
Mentre le molecole d'acqua subiscono cambiamenti significativi quando irradiati, non diventano radioattivi. Ecco perché:
* Nessun cambiamento nel nucleo: La radioattività deriva dai cambiamenti all'interno del nucleo di un atomo. L'energia assorbita dalle molecole d'acqua durante l'irradiazione non influisce sulla loro struttura nucleare.
* Nessun cambiamento nel numero atomico: Il numero atomico di un elemento è determinato dal numero di protoni nel suo nucleo. La ionizzazione e l'eccitazione delle molecole d'acqua non alterano il numero di protoni negli atomi di ossigeno o idrogeno.
L'importanza della radiolisi dell'acqua in biologia:
La radiolisi dell'acqua è un fattore critico negli effetti biologici delle radiazioni. I radicali liberi altamente reattivi prodotti possono danneggiare le cellule, portando a:
* Danno DNA: Ciò può causare mutazioni, morte cellulare o crescita cellulare non controllata (cancro).
* Danno proteico: Questo può interrompere la funzione proteica e i processi cellulari.
* Perossidazione lipidica: Ciò danneggia le membrane cellulari, portando a disfunzione cellulare.
Conclusione:
Mentre l'acqua non diventa radioattiva quando irradiata, subisce cambiamenti significativi che possono avere importanti conseguenze biologiche. La produzione di specie reattive come i radicali idrossilici è un meccanismo chiave attraverso il quale le radiazioni danneggiano gli organismi viventi.
